Исследователи из Соединенного Королевства и Соединенных Штатов изменили биологию плодовой мушки так, чтобы она могла размножаться без самца в так называемом партеногенезе или девственном рождении.
/cloudfront-eu-central-1.images.arcpublishing.com/prisa/DXGTKRKLMBH5XMLXLAPFR3NRLQ.jpg)
Специалист по биологии развития Алексис Сперлинг стала одержима тем, что увидела в лаборатории, когда готовилась к докторской диссертации. У богомола появились детеныши спонтанно, без полового акта с самцом. У девственницы были дети.
Эта способность никогда не наблюдалась у млекопитающих, в том числе, конечно, у человека, но в остальном животном мире есть определенные виды, способные на это. Многие случаи наблюдались в зоопарках, где самки годами жили в одиночестве без возможности спаривания.
В 2015 году команда обнаружила один из первых случаев бесполого размножения в дикой природе: мелкозубая рыба увидела, которая оказалась на грани исчезновения. А всего два года назад в зоопарке Сан-Диего две самки вымирающего калифорнийского кондора родили бесполым путем, несмотря на то, что в этом случае были доступны размножающиеся самцы.
Это явление называется партеногенезом (непорочное рождение) и может быть преимуществом, если мать хорошо приспособлена к окружающей среде, а последняя мало меняется. Их потомство, практически клоны матерей, не будет нуждаться в самцах для производства потомства. На самом деле, их репродуктивная способность удваивается таким образом. До сих пор остается загадкой, как, когда и почему происходит партеногенез и почему млекопитающие не могут его осуществлять.
Сперлинг, биолог-эволюционист из Кембриджского университета (Соединенное Королевство), прояснил некоторые из этих неизвестных, создав первое генетически модифицированное животное, способное к партеногенезу: плодовую мушку, или Drosophila melanogaster . Команда добилась этого, вмешавшись в три гена. После 40 дней без оплодотворения самцом — полжизни — модифицированные дрозофилы включили свои новые генетические сверхспособности и произвели потомство самостоятельно.
Наследуемая сила
По словам Сперлинга, это первый случай, когда кто-либо продемонстрировал, как вызвать способность к непорочному рождению. Потомство «полностью здоровое, и, несмотря на то, что они унаследовали способность к партеногенезу, они также сохраняют способность к половому размножению», — добавляет биолог, ведущий автор исследования, опубликованного в специализированном журнале Current Biology .
Партеногенез — один из наименее известных биологических процессов в животном мире. По мере того как яйцеклетки созревают внутри матери, они делятся несколько раз, пока не будут готовы, при этом половина генетического материала необходима для создания новой особи, а другая половина обеспечивается спермой самца. При этом может происходить слияние яйцеклетки с избыточным генетическим материалом, что приводит к самопроизвольному оплодотворению. В результате получается потомство, очень похожее на мать, но не идентичное, так как исходная генетическая последовательность слегка смешивается в процессе слияния.
Попытки заставить млекопитающих иметь потомство бесполым путем не увенчались успехом. У этих животных специфичные для пола эпигенетические метки управляют экспрессией около 150 генов, предотвращая развитие эмбрионов только с материнским геномом. Другими словами, определенные гены, необходимые для развития эмбриона, деактивируются и включаются только при смешении генетических половин самки и самца. У мышей эта система была частично деактивирована для получения потомства без потребности в самцах или сексе, но она всегда требовала сложных манипуляций с яйцеклетками, которые затем должны были быть имплантированы в самку, чтобы вынашивать их до срока. Биологические барьеры для партеногенеза, вероятно, намного сложнее у приматов и людей, поэтому применение этих методов для вспомогательной репродукции сопряжено со многими трудностями.
Генетика старой школы
Команда Сперлинга нашла ключ к созданию девственных родов, изучив геном двух вариантов другой мухи, Drosophila mercator . Один размножается только половым путем, а другой только партеногенезом. Это позволило идентифицировать два гена, ответственных за бесполое оплодотворение: pole — необходимый для клеточной пролиферации и открытый в конце 1980-х годов Дэвидом Гловером, соавтором настоящего исследования — и Desat2. Ученые нашли их эквиваленты в геноме плодовой мушки и начали скрещивать разные линии, пока не получили ту, которая имела те же модели функционирования, что и другие виды. Так возникло первое поколение, способное к бесполому размножению. Если, кроме того, функция Mycген, необходимый для роста клеток, усиливается, партеногенез становится гораздо более эффективным. «Это генетика старой школы», — признал Сперлинг, но она работает.
Открытие потребовало шести лет работы и создания более 220 000 мух, что немыслимо для других лабораторных животных с более длительным и гораздо менее управляемым временем размножения, объясняет Сперлинг.
Каетано Гонсалес, ветеран-исследователь дрозофилы из Барселонского института исследований в области биомедицины (IRB), считает, что это «очень удивительный» эксперимент. «Они не только нашли волшебную комбинацию генов, но и используют ее, чтобы дать возможность этому виду, который не был способен к партеногенезу», — подчеркивает он. Находка показывает один из эволюционных путей бесполого размножения у животных, но, вероятно, есть много других, которые еще предстоит открыть, добавляет он.
Сперлинг собирается перенаправить свое расследование на новое тревожное явление. Партеногенез гораздо чаще встречается у насекомых, которые являются сельскохозяйственными вредителями и могут причинить убытки в миллионы долларов. Примером может служить томатная моль Tuta absoluta , считающаяся одним из самых опасных сельскохозяйственных вредителей во всем мире. Несмотря на то, что он был относительно под контролем благодаря современным методам борьбы с вредителями, в последние годы насекомые, похоже, стали более устойчивыми.
Одним из способов борьбы с этими вредителями является заливка теплицы искусственными женскими феромонами. Самцы настолько насыщаются этими биохимическими сигналами, что не могут найти настоящих самок, что приводит к отсутствию размножения. Но, по-видимому, самки томатной бабочки все в большей степени способны к размножению путем партеногенеза, а это, в свою очередь, дает им огромное преимущество, так как с каждым поколением потомство может иметь не только половина приспособленных к среде обитания особей — 50 % самок, 50 % мужчин, но потенциально 100%. Несмотря на это, опыты показали, что только 2% плодовых мушек второго поколения производят потомство бесполым путем, и только до тех пор, пока рядом нет самцов.
Сперлинг, который раньше работал в отделе генетики Кембриджа, перешел в связанный с университетом Центр исследований сельскохозяйственных культур. «Я хочу начать понимать, как это происходит у вредителей », — говорит он. «Я хотел бы протестировать все пестициды, которые мы используем, и посмотреть, не способствуют ли какие-либо из них партеногенезу. Чтобы узнать, действительно ли наши средства массового сельскохозяйственного производства благоприятствуют этому типу вредителей».
Комментариев нет:
Отправить комментарий